Das Projekt "FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NOVUM engineerING GmbH durchgeführt. Kernproblem bei der Nutzung von minderwertigen Brennstoffen in Festbettvergasern ist die sich ergebende stark schwankende Qualität des Holzgases und eine fluktuierende Teerbeladung. Eine Verstromung des Holzgases in Gasmotoren ist bei schlechten und wechselnden Brennstoffqualitäten nicht mehr möglich. Allerdings lässt sich eine Umsetzung dieser Gase ohne Zwischenabkühlung in Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) realisieren, wenn eine geeignete Regelung der SOFC-Module den Betrieb mit Gasen schwankender Qualität ermöglicht. Aus diesem Grund soll im Rahmen des beantragten Projektes die Leistungselektronik der Fa. NOVUM Engineering GmbH dazu verwendet werden, die Auswirkungen schwankender Gasqualitäten online zu detektieren und damit auch bei variablen Gasqualitäten den SOFC-Stack effizient und degradationssicher an thermischen Vergasungsanlagen zu betreiben. Abschätzungen lassen erwarten, dass durch die innovative Ansteuerung der Leistungselektronik besonders bei sehr niedrigen Heizwerten ein sicherer Brennstoffzellenbetrieb bei bis zu 40% höherer Brennstoffzellenleistung möglich wird. Ein existierendes 1 kWel Brennstoffzellenheizgerät soll nach einer Methodenentwicklung im Labor der FAU an einer realen Holzvergasungsanlage der Fa. Spanner - flexibel betrieben mit Brennstoffen unterschiedlicher Qualität - demonstriert werden. Um die technische Machbarkeit dieses Konzeptes nachzuweisen, soll insbesondere untersucht werden 1. die Konzeption und Entwicklung eines Wechselrichters der softwareseitig während des Brennstoffzellenbetriebes eine Impedanzspektroskopie zur Systemdiagnose anwenden kann. 2. die Entwicklung von Methoden zur Bestimmung von systemschädlichen Veränderungen der Brennstoffausnutzung am SOFC Stack auf Basis der Ergebnisse der Online-Impedanzspektroskopie und Implementierung einer SOFC-Modulregelkonzepts. 3. die Durchführung von Betriebstest des neu entwickelten Diagnoseverfahrens mit realem Holzgas an einer Vergasungsanlage der Firma Spanner.
Das Projekt "FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Chemie- und Bioingenieurwesen, Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik durchgeführt. Kernproblem bei der Nutzung von minderwertigen Brennstoffen in Festbettvergasern ist die sich ergebende stark schwankende Qualität des Holzgases und eine fluktuierende Teerbeladung. Eine Verstromung des Holzgases in Gasmotoren ist bei schlechten und wechselnden Brennstoffqualitäten nicht mehr möglich. Allerdings lässt sich eine Umsetzung dieser Gase ohne Zwischenabkühlung in Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) realisieren, wenn eine geeignete Regelung der SOFC-Module den Betrieb mit Gasen schwankender Qualität ermöglicht. Aus diesem Grund soll im Rahmen des beantragten Projektes die Leistungselektronik der Fa. NOVUM Engineering GmbH dazu verwendet werden, die Auswirkungen schwankender Gasqualitäten online zu detektieren und damit auch bei variablen Gasqualitäten den SOFC-Stack effizient und degradationssicher an thermischen Vergasungsanlagen zu betreiben. Abschätzungen lassen erwarten, dass durch die innovative Ansteuerung der Leistungselektronik besonders bei sehr niedrigen Heizwerten ein sicherer Brennstoffzellenbetrieb bei bis zu 40% höherer Brennstoffzellenleistung möglich wird. Ein existierendes 1 kWel Brennstoffzellenheizgerät soll nach einer Methodenentwicklung im Labor der FAU an einer realen Holzvergasungsanlage der Fa. Spanner - flexibel betrieben mit Brennstoffen unterschiedlicher Qualität - demonstriert werden. Um die technische Machbarkeit dieses Konzeptes nachzuweisen, soll insbesondere untersucht werden 1. die Konzeption und Entwicklung eines Wechselrichters der softwareseitig während des Brennstoffzellenbetriebes eine Impedanzspektroskopie zur Systemdiagnose anwenden kann. 2. die Entwicklung Methoden zur Bestimmung von systemschädlichen Veränderungen der Brennstoffausnutzung am SOFC Stack auf Basis der Ergebnisse der Online-Impedanzspektroskopie und Implementierung einer SOFC-Modulregelkonzepts. 3. die Durchführung von Betriebstest des neu entwickelten Diagnoseverfahrens mit realem Holzgas an einer Vergasungsanlage der Firma Spanner.
Das Projekt "SGP 1 Grad N Programm: Druckbare, ultra-dünne Metall-Zwischenschichten für effiziente Dünnschicht-Tandem-Solarzellen (SULTAN)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Lichttechnisches Institut durchgeführt. Anorganische (z.B. CIGS) und Polymer-Halbleiter mit niedriger Bandlücke absorbieren vorwiegend Licht im sichtbaren und nahen Infrarotbereich. Höherenergetische Photonen werden zwar gleichermaßen absorbiert, die photogenerierten Ladungsträger verlieren jedoch Energie durch Relaxationsprozesse. Daher ist das Konzept der Tandemsolarzellen, die Kombination zweier Halbleiter mit unterschiedlicher Bandlücke, ein vielversprechender Ansatz zur effizienten Nutzung eines breiten Spektralbereiches der Sonnenstrahlung. Um den Stromfluss zwischen den beiden Subzellen zu ermöglichen, können geeignete Metalloxide am Mittelkontakt eingesetzt werden. Der Kontakt ist besonders effizient, wenn eine hohe Zustandsdichte durch Edelmetall-Cluster realisiert wird. Während diese Konzepte für Vakuum-Prozesse bereits erfolgreich umgesetzt wurden, sollen sie in diesem Projekt auf potentielle Druckprozesse übertragen werden. Verschiedene thermisch sublimierte Metalle werden hinsichtlich ihrer Eignung für metalloxidbasierte Rekombinationszonen in Tunneldioden und in CIGS-Polymer bzw. Polymer-Polymer Tandemsolarzellen evaluiert. Neben der Analyse der Strom-Spannungs-Kennlinien der Bauelemente werden die optoelektronischen Eigenschaften mit Impedanzspektroskopie und bildgebenden Verfahren untersucht. Nach der Identifikation der aussichtsreichsten Materialkombinationen werden diese in Form von Präkursoren oder Nanopartikeln auf Flüssigprozesse übertragen und deren Anwendung in Tandemsolarzellen erforscht.
Das Projekt "Teilprojekt 3.8: Entwicklung impedimetrischer Sensoren zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen durch immobilisierte ganze Zellen sowie Referenzierung entwickelter Sensoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuen impedimetrischen Sensoren. Die Sensoren sind mit Ganzzellen als biologische Komponenten zu modifizieren und zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen einzusetzen. Impedanzspektroskopie und Oberflächenplasmonenresonanz sind als Messmethoden zur Bestimmung der Schad- und Wertstoffaufnahme, insbesondere jedoch von Metallionen, in kontaminierten Umweltproben, vorzugsweise von Bergbau- und industriellen Abwässern einzusetzen. Strategische wichtige Metalle sollen aus Industriewässern entfernt werden. Die Grundstrukturen der Sensoren sind mittels Siebdrucktechnik zu fertigen und mittels spezifischer Beschichtung mit Ganzzellen als Biokomponenten für impedimetrische Schadstoffbestimmungen zu präparieren. Zielanalyte sind ausgewählte Metallionen. Verschiedene Tranducerkomponenten sind auszuwählen und elektrochemisch zu untersuchen und zu charakterisieren. Eine Referenzierung mit neuen voltammetrischen und potentiometrischen Sensoren ist zu gewährleisten. Die Sensorkenngrößen sind zu ermitteln und die Messparameter zu optimieren. Spektroskopische Laboranalysenmethoden, wie z.B. die Atomabsorptionspektroskopie, sollen als Referenzmethoden zum Einsatz kommen. Eine Validierung der Sensoren in realen Medien und in Feldversuchen ist zu erzielen.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Im IEK1-Teilprojekt sollen hochskalierbare, 10-150 Mikrometer dicke Festelektrolyte aus Lithium-ionenleitenden (glas)keramischen Materialien durch den Foliengießprozess hergestellt werden. Der Schwerpunkt des HI MS-Teilprojektes liegt auf der Erforschung verschiedener Herstellungsrouten von Elektroden und Zellen mit unterschiedlicher Geometrie sowie auf deren elektrochemischer Charakterisierung. IEK-1: Folgende Arbeitsschritte sollen durchgeführt werden: 1. Herstellung von einlagiger dichten, mechanisch stabilen und gut leitenden Elektrolytschichten. 2. Herstellung von doppellagigen Schichtsystemen, die aus einer dichten und einer porösen Schicht bestehen. 3. Aufbringung der Kathodenmaterialien auf den Elektrolytschichten durch Siebdruck oder Infiltration. Dabei werden sowohl geeignete Materialkombinationen als auch Sinterbedingungen für Kathodenpasten und Infiltrationslösungen untersucht und optimiert. 4. In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern werden umfassende Untersuchungen zum elektrochemischen Zyklierverhalten durchgeführt und dementsprechend die Prozesse in oben geschriebenen Arbeitsschritten 1-3 optimiert. HI-MS: Es sollen auch die von den Partnern gelieferten Elektrolyte und Elektroden in Zellen mit unterschiedlichem Zelldesign eingebracht und hinsichtlich ihrer Eigenschaften in der Zelle charakterisiert werden. Standardisierte Testverfahren für die Festkörperzellen sollen in Zusammenarbeit mit den Materialherstellern erstellt werden. Dabei sollen die Testprotokolle auch galvanostatisches Zyklisieren bei verschiedenen Temperaturen zur Bestimmung von Kapazität und Zyklenlebensdauer sowie ggf. Impedanzspektroskopie zur Analyse des Innenwiderstandes umfassen. Die Ergebnisse fließen in Materialentwicklung (AP 2 bis 6) und das Zelldesign (AP 7.1) ein. Ziel ist es am Ende des Projektes eine komplette Batterie mit mindestens drei funktionierenden Wiederholeinheiten zu erstellen mit einer Energiedichte von größer als 800 Wh/L und einer Wunschlebensdauer der Zellen von 100 Zyklen.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in Automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Materialien - Elektrochemische Technologien durchgeführt. Das beantragte Projekt strebt an, mit der Erforschung zukünftiger Lithium-(Ionen-)Technologien die Technologieführerschaft im Bereich reversibler Energiespeicher und Elektromobilität in Deutschland zu sichern. Der Schwerpunkt liegt auf der Erforschung von keramischen Werkstoffen, um damit zukünftige Batterietechnologien zu erschließen. Durch den komplementären Einsatz von experimentellen Untersuchungen sowie Modellbildung und Simulation soll die zielgerichtete Entwicklung von zukunftsträchtigen Materialien, Elektrodenstrukturen und Zellkonzepten ermöglicht werden. Die Arbeiten am Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Materialien sind im Arbeitspaket 7 'Elektroden- und Zelldesign, Zellbau und Zelltest' angesiedelt. Sie werden an den Teilinstituten Werkstoffe der Elektrotechnik (IAM-WET) und Energiespeichersysteme (IAM-ESS) durchgeführt. Dies umfasst am IAM-WET die 3D-Rekonstruktion (AP7.3) und die detaillierte elektrochemische Charakterisierung von Elektroden und Zellen über Impedanzspektroskopie und hochauflösende Auswerteverfahren (AP7.2) sowie die Entwicklung homogenisierter (Ersatzschaltbild-) und räumlich aufgelöster Modelle (AP7.1). Aus Simulationsrechnungen werden die Potentiale verschiedener Materialsysteme und Elektrodenkonfigurationen abgeleitet, die optimalen Mikrostrukturparameter für ausgewählte Materialsysteme unter Berücksichtigung experimentell bestimmter Material- und Grenzflächeneigenschaften bestimmt und die Übertragbarkeit vom Modellsystem in die Vollzelle analysiert. Das IAM-ESS trägt primär zum AP7.4 bei. Durch umfassende chemisch-strukturelle Analysen werden die wichtigsten Funktions- und Ermüdungsmechanismen identifiziert und möglichst weitgehend auch quantifiziert.
Das Projekt "Konzeptstudien für neuartige Lithium-Ionen-Zellen auf der Basis von Werkstoff-Innovationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Materialien - Elektrochemische Technologien durchgeführt. Die Charakterisierungs- und Modellierungsarbeiten am IWE verfolgen das Ziel, die im Projekt entwickelten Komponenten im Hinblick auf Kapazität, Leistungsdichte und Stabilität zu analysieren, ein Verständnis für die im Betrieb auftretenden elektrochemischen Reaktionen und Transportprozesse zu entwickeln und daraus Strategien für die Optimierung der Zelle abzuleiten. Aus den bei den Partnern entwickelten Zellkomponenten werden Laborzellen aufgebaut und elektrochemisch charakterisiert. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Reaktionen und Transportprozesse mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie. Über die Verteilungsfunktion der Relaxationszeiten werden die in den Elektroden ablaufenden Prozesse identifiziert. Auf Basis von experimentell ermittelten Größen und der am IWM entwickelten Modelle für Elektrolyt und aktive Elektrodenschichten wird an der Universität Karlsruhe (TH) ein FEM-Modell zur modellgestützten Elektrodenstruktur- und Zelloptimierung entwickelt. Durch Simulationsrechnungen unter variierten Mikrostruktur- und Zellgeometrieparametern werden optimale Parametersätze (Schichtdicken, Porositäten, etc.) im Hinblick auf Leistungsdichte und Kapazität ermittelt. Die am IWE erarbeiteten Ergebnisse fließen in die Weiterentwicklung der Zellkomponenten bei den Partnern ein. Die modellgestützte Mikrostruktur- und Zelloptimierung trägt dabei zu einer gezielten Weiterentwicklung der Zellkomponenten und Zellen bei. Die durch die Charakterisierung und Modellierung gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse werden in Kooperation mit den Partnern auf Fachtagungen und in Veröffentlichungen präsentiert.
Das Projekt "Entwicklung einer Sensortechnologie zur beladungsabhängigen Steuerung von adsorptiven Trennprozessen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Nichtklassische Chemie e.V. an der Universität Leipzig durchgeführt. Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist es, ein Sensorsystem auf der Basis der Impedanzspektroskopie zu entwickeln, welches die Arbeitskapazität und den Beladungszustand von technischen Adsorbenzien im industriellen Einsatz (Rauchgasreinigung, Lösemittelrückgewinnung, Luftzerlegung und -trocknung, Wasserstoffreinigung) online messen, überprüfen und zur Prozesssteuerung genutzt werden kann. Dadurch steht erstmals ein Diagnosesystem zur Verfügung, mit dem aktiv und problemspezifisch die Prozessführung gestaltet werden kann. Es können sowohl die Adsorptions- als auch die Regenerationszyklen optimiert und abhängig vom jeweiligen Beladungszustand des Adsorbers geregelt werden. Technische Adsorptionsprozesse werden damit wirtschaftlicher und sicherer. Zum Erreichen der skizzierten Zielstellung sind umfangreiche Entwicklungs- und Erprobungsaufgaben mit messtechnischer Begleitung erforderlich. Das Projekt soll mit der technologischen Umsetzung des Verfahrens und der Herstellung der Prototypenlösung beendet werden. Die erfolgreiche Bearbeitung des F und E-Vorhabens bietet die Chance, ein neues Produkt zu entwickeln und damit einen Wettbewerbsvorsprung gegenüber anderen Unternehmen und Institutionen zu erreichen.
Das Projekt "NIPII: Verbundvorhaben - Untersuchung und Entwicklung eines dezentralen Energienetzwerkes und eines hybriden Energiesystems mit einer neuen Generation von Hochtemperatur (HT)-PEM Brennstoffzellen für den Einsatz auf Hochsee-Passagierschiffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Für den zukünftigen Einsatz von Brennstoffzellen auf Schiffen sowie mobilen Anwendungen ist bei der HT-PEFC die Steigerung der Leistungsdichte von zentraler Bedeutung. In Pa-X-ell 2 liegt der Fokus auf der Analyse der Leistungslimitierung bestehender Systeme. Mit Hilfe von Impedanzspektroskopie können Optimierungspotenziale der Leistungsfähigkeit der Stacks identifiziert werden. Die Steigerung der Leistungsdichte wird beispielsweise durch die Entwicklung metallischer Bipolarplatten erreicht. Hierzu werden zwei verschiedene Produktionsverfahren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Mittels geeigneter Analysemethoden erfolgt eine Optimierung der Prozessparameter bei der Herstellung. Durch experimentelle Arbeiten erfolgt der Nachweis der Einsatzfähigkeit. Zur Steigerung der Energiedichte, ist es erforderlich den Kraftstoff für die Brennstoffzellensysteme in reiner Form zu tanken und das Wasser für die Dampfreformierung aus den Abgasen der Brennstoffzelle zu generieren. Hierzu werden Simulationsarbeiten zur Integration und Optimierung eines Wasserrückgewinnungssystems durchgeführt. In diesem Kontext wird der Kraftstoff Methanol mit LNG verglichen.
Das Projekt "Elektrochemische und microstrukturelle Untersuchung der Prozesse in Anoden für Hochkapazitäts-Lithium-Ionen-Batterien basierend auf Si-Mikrodrahtanordnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Institut für Materialwissenschaft, Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, Silizium Draht Anoden (SDA) für Li-Ionenakkumulatoren durch ein besseres Verständnis der grundlegenden Prozesses während der Lithiierung/Delithiierung zuverlässiger und leistungsfähiger zu machen. Silizium ist das derzeit beste Material für Anoden, mit einer gegenüber Standardgraphit über zehnmal höheren Energiedichte, muss aber nano- oder mikrostrukturiert werden um mechanische Spannungen beim Betrieb zu minimieren. Die SDA der Antragsteller sind bereits sehr weit entwickelt und zeigen vielversprechende Eigenschaften für sicherere Batterien mit höchsten Kapazitäten. Für weitere Optimierungen werden aber die Resultate der geplanten Arbeiten benötigt. Das Projekt hat zwei Hauptteile: 1. Optimierung der Herstellung und in-situ elektrochemische Charakterisierung von SDA. 2. Mikrostrukturelle Charakterisierung der SDAs in verschiedenen Beladungszuständen. Im ersten Teil wird in-situ charakterisiert, dabei wird neben Standardmethoden insbesondere eine nur beim Antragsteller verfügbare FFT Impedanzspektroskopie eingesetzt. Der zweite Teil stützt sich auf elektronenmikroskopische Techniken mit spezieller Probenpräparation und einer in dieser Form einmaligen Strategie für den Transfer von luftempfindlichen Proben. Erwartet werden wissensbasierte Antworten auf derzeit offene Fragen wie: Was bestimmt die optimale Drahtgeometrie (Länge, Durchmesser, Abstand)? Wie und wo wird Lithium ein- und ausgebaut? Welchen Einfluss besitzt der ohmische Widerstand der Drähte in der Lithierungsprozess? Was ist die atomare Struktur der Phasengrenzen? Existieren Konzentrationsgradiente in den Drähten, insbesondere am Anschluss zur Cu-Ableitelektrode? Welche mikrostrukturelle Degradationsmechanismen auftreten bei der Zyklierung (Drahtbruch, lokale Kurzschlüsse, Rolle der SEI Schicht)? Wie groß sind die Zeitkonstanten der Reaktionen? Wie verhalten sich die SDA unter extremen Umständen (Kurzschluss, Sauerstoffeinbruch)? Der Parameterraum bei der Herstellung, Konditionierung und Zyklierung der SDA ist viel zu groß um experimentell hinreichend ausgeleuchtet werden zu können. Die vorgeschlagenen Untersuchungen sind deshalb für weitere Fortschritte unabdingbar.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 21 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 21 |
| License | Count |
|---|---|
| open | 21 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 21 |
| Englisch | 3 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 10 |
| Webseite | 11 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 6 |
| Lebewesen & Lebensräume | 8 |
| Luft | 10 |
| Mensch & Umwelt | 21 |
| Wasser | 6 |
| Weitere | 21 |